文章題目：Spatial multiomics map of trophoblast development in early pregnancy
期刊：Nature
發(fā)表時間：2023.4.6
影響因子：69.504
今天給大家分享一篇2023年4月6日來自英國劍橋大學(xué)等機構(gòu)的研究人員，在Nature期刊上發(fā)表了Spatial multiomics map of trophoblast development in early pregnancy文章，作者利用單細(xì)胞和空間多組學(xué)技術(shù)，在以前研究妊娠早期階段的研究工作基礎(chǔ)上，以細(xì)節(jié)捕捉到了胎盤的發(fā)育過程 ，解析了滋養(yǎng)層細(xì)胞發(fā)育的全部軌跡，創(chuàng)建了胎盤如何發(fā)育并與子宮交流的的深入圖景，這些新的發(fā)現(xiàn)可為孕早期人胎盤實驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計提供信息。
研究背景
胎盤是嬰兒與母體聯(lián)系的重要器官，為妊娠期間的胎兒提供營養(yǎng)物質(zhì)、保護胎兒不受感染。在胎盤的發(fā)育過程中，絨毛外滋養(yǎng)層細(xì)胞（EVTs），滲透到孕婦子宮的粘膜內(nèi)膜并向螺旋動脈遷移，破壞平滑肌。隨后，內(nèi)皮細(xì)胞滋養(yǎng)層細(xì)胞（eEVTs）在細(xì)胞滋養(yǎng)層處形成栓塞，最后絨毛外滋養(yǎng)層細(xì)胞（EVTs）取代內(nèi)皮細(xì)胞。。通過這種方式建立氧氣和營養(yǎng)物的供應(yīng)線，這個過程對于胎盤的形成和嵌入子宮，以及最終是否成功妊娠至關(guān)重要。
研究成果
1. 人類胎盤床的空間圖譜
作者采集了3人著床部位（妊娠后（PCW）6-9周）的組織樣本，通過（1）單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測序（snRNA-seq）；（2）snRNA-seq和單核轉(zhuǎn)座酶可及染色質(zhì)測序（snATAC-seq）結(jié)合測序；以及（3）空間轉(zhuǎn)錄組測序多模態(tài)方法。作者分兩步研究滋養(yǎng)層的異質(zhì)性：首先，分析了P13（約9 PCW）的全厚度著床部位。其次，作者整合數(shù)據(jù)集（約5-13 PCW）驗證滋養(yǎng)層細(xì)胞群和它們的標(biāo)記物，通過考慮典型標(biāo)記物及其空間位置對滋養(yǎng)層子集進行注釋。在胎盤絨毛中，絨毛細(xì)胞滋養(yǎng)層（VCT）融合形成與子宮內(nèi)膜間空間的母體血液接觸的覆蓋層合體滋養(yǎng)層（SCT）。在P13供體以及所有其他供體中，VCT子集高度表達TP63和CDH1。VCT和VCT增殖型（VCT-p）上調(diào)已知的干細(xì)胞和前體細(xì)胞標(biāo)志物、Wnt信號分子、SEMA3F-NRP2信號復(fù)合物和VCT標(biāo)記物。
圖1 早期母胎界面中的滋養(yǎng)層細(xì)胞狀態(tài)
為了進一步研究EVT途徑，作者利用單細(xì)胞和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)聯(lián)合測序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)EVTs-2位于錨定絨毛的遠(yuǎn)端，可以分化成iEVT，也可以分化成eEVT細(xì)胞。
圖2 絨毛外滋養(yǎng)層細(xì)胞EVT 侵襲過程中活躍的轉(zhuǎn)錄因子
接下來，作者探討了在VCT到EVT分化過程中觸發(fā)的細(xì)胞內(nèi)在調(diào)控程序是否存在于源自兩種自我更新的初級滋養(yǎng)層類器官（PTO）和滋養(yǎng)層干細(xì)胞（TSC）產(chǎn)生的EVTs中。通過對以下樣本進行了scRNA-seq：（1）實驗組：在EVTM培養(yǎng)基中分化的PTO（PTO-EVTM）, 對照組：在滋養(yǎng)層培養(yǎng)基（TOM）中生長的PTO（PTO-TOM）；（2）在EVTM培養(yǎng)基中分化的TSC（TSC-EVTM），對照組：在滋養(yǎng)層干細(xì)胞培養(yǎng)基中生長的TSCs（TSC-TSCM）。發(fā)現(xiàn)：
a.PTOs比TSCs更好地體現(xiàn)VCT的異質(zhì)性。b.在PTOs中存在體內(nèi)定義的四個VCT亞群，，它們表達相同的典型標(biāo)志物。c.在PTO中，VCT-CCC在EVTM存在下富集，觸發(fā) FOXM1–NOTCH1 軸 NF-κB （NFKB2和BACH2）和AP-1調(diào)制器（JDP2和ATF3）,相比之下，在TSC中找不到真正的VCT。D.在TSC和PTO中，VCT-CCC（CDH5，ITGB6和LCAT1）在EVTM培養(yǎng)基存在下富集，從而觸發(fā)NOTCH–FOXM1軸，導(dǎo)致 IRF6 進一步下調(diào)和 EVT-1 中的 TP6323。
圖3 源自原代滋養(yǎng)層的EVT的基準(zhǔn)類器官和TSC。
4. 母體細(xì)胞和EVT分化
下一步作者通過scRNA-seq和snRNA-seq，以及單分子熒光原位雜交（smFISH）技術(shù)，驗證了dNK通過多個配體-受體對與EVTs相互作用，且這些受體在EVT-2處表達上調(diào)。以及iEVTs通過與EFNB1結(jié)合的子宮肌層平滑肌細(xì)胞(uSMCs)特異性表達EPHB1和EPHB4從蛻膜遷移到子宮肌層；且EFNB1在iEVT和GCs中明顯上調(diào)。
圖4 EVT侵襲期間配體-受體相互作用。
作者在動脈中膜中定義了兩種血管周細(xì)胞（PV）：PV1和PV2。隨后通過scRNA-seq和smFISH結(jié)合分析定義了PV1中的兩種細(xì)胞狀態(tài)：PV1-AOC3和PV1-STEAP4。當(dāng)血管周細(xì)胞表達同源受體基因EPHB6時，iEVT通過表達EFNB1誘導(dǎo)其對動脈的趨向性，進而介導(dǎo)動脈轉(zhuǎn)化。iEVT上調(diào)了特定的細(xì)胞信號分子，對應(yīng)的同源受體基因也在PV1-AOC3中上調(diào)。而且還發(fā)現(xiàn)表達PTPRS的iEVT與表達NTRK2和NTRK3的血管周圍細(xì)胞之間，存在密切關(guān)系。
圖5 子宮動脈轉(zhuǎn)化中配體-受體相互作用
綜上所述，作者通過snRNA-seq測序、snATAC-seq測序、空間轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)等多種方法，發(fā)現(xiàn)了滋養(yǎng)層細(xì)胞發(fā)育的全部軌跡；同時研究了母體巨噬細(xì)胞和EVTs之間的配體-受體相互作用以及巨噬細(xì)胞-EVT信號軸；以及明確了妊娠早期動脈轉(zhuǎn)化的潛在分子和細(xì)胞介質(zhì)。這些研究成果有助于開發(fā)胎盤發(fā)育模型、為妊娠疾病的診斷、預(yù)防和治療提供新的思路。
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